[发明专利]基于直立式二维薄膜材料的光电探测器及其制备方法

说明书

本发明公开一种直立式二维薄膜材料的光电探测器及其制备方法。制备方法包括：在基底上制作形成第一电极层；在所述第一电极层上制作形成纳米片阵列，所述纳米片阵列由直立式二维半导体材料形成，所述纳米片与纳米片之间具有一定的间隙，在所述纳米片阵列上进行匀胶，以在所述纳米片阵列的间隙中形成绝缘胶层，且所述绝缘胶层设置于所述间隙暴露的第一电极层上；在所述纳米片阵列和所述绝缘胶层上制作形成第二电极层。制作形成直立式的纳米片阵列，3D直立式纳米片阵列具有较好的陷光效应，极大提高探测器的外量子效率及光响应度，在纳米片阵列的间隙中设置绝缘胶层，避免上下两电极层通过间隙直接发生导通，从而保证光电探测器的稳定性与可行性。

技术领域

本发明属于光电探测器技术领域，具体地讲，涉及一种基于直立式二维薄膜 材料的光电探测器及其制备方法。

背景技术

在智能手机等移动电子领域，对于弱光条件下如何实现高质量成像一直面 临巨大挑战，对超高灵敏度光电探测材料和成像芯片有着强烈的需求。目前商 用光电探测器的核心感光材料主要包括半导体Si、Ge、InGaAs、HgCdTe等， 但是基于这些传统半导体材料的光电探测器外量子效率较低，成熟的Si器件的 外量子效率通常只有50-80％左右，这就造成了探测器对于微弱光信号的检测能 力不足，限制了其在夜晚和无照明光的室内等弱光条件下的成像质量。因此， 探索新型光电转换材料，开发超高灵敏度的光电探测器，仍然是材料领域和光 电领域研究热点方向。

相比传统半导体材料，受益于纳米尺度所特有的量子限域效应及表面效应 (更大的比表面积)，二维层状材料的电荷分离过程将更加高效，也容易获得高 密度，寿命更长的光生载流子，有助于提高探测器的外量子效率和光响应率。

虽然基于二维材料的单个光电探测原型器件已经显示出了其卓越的光电转 换性能，但其距离实用化还需要解决一系列的挑战。其中一个原因是二维材料制 作形成的半导体层的厚度非常薄，且半导体层一般具有间隙，这时半导体层两侧 的电极片容易直接发生导通，会影响光电探测器的正常工作。另一个原因是现有 基于二维材料的光电探测器的光利用效率较低。

发明内容

(一)本发明所要解决的技术问题

本发明解决的技术问题是：如何提高光电探测器的光利用效率以及避免半 导体层两端的电极片发生直接导通。

(二)本发明所采用的技术方案

一种基于直立式二维薄膜材料的光电探测器，包括：

第一电极层；

纳米片阵列，设置于所述第一电极层上，所述纳米片阵列由直立式二维半导 体材料形成，所述纳米片阵列具有间隙，所述间隙暴露所述第一电极层的部分；

绝缘胶层，位于所述纳米片阵列的间隙中，且设置于所述间隙暴露的所述第 一电极层上；

第二电极层，设置于所述纳米片阵列和所述绝缘胶层上。

优选地，所述光电探测器还包括钝化层，所述钝化层设置于所述纳米片阵列 和所述绝缘胶层上，且所述钝化层位于所述第二电极层下方。

优选地，所述钝化层的材料为三氧化二铝，所述钝化层的厚度范围为5nm 至10nm。

优选地，所述纳米片阵列的材料为二硒化锡纳米片。

本申请还公开了一种基于直立式二维薄膜材料的光电探测器的制备方法， 所述制备方法包括：

在基底上制作形成第一电极层；

在所述第一电极层上制作形成纳米片阵列，所述纳米片阵列由直立式二维 半导体材料形成，所述纳米片阵列具有间隙，所述间隙暴露所述第一电极层的部 分；

在所述纳米片阵列上进行涂胶，以在所述纳米片阵列的间隙中形成绝缘胶 层，且所述绝缘胶层设置于所述间隙暴露的第一电极层上；